3.06 Tesis doctorado

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Considering local knowledge in adaptive capacity of local communities at the land-sea interface
(2023) Barceló Carvajal, Matías Paulo; Gelcich, Stefan; Pontificia Universidad Católica de Chile. Facultad de Ciencias Biológicas
Globally, coastal communities are facing changes and threats to biodiversity and food security. A major driver of change relates to declining productivity of fisheries and agriculture in coastal areas that depend on land and sea. Terrestrial and marine ecosystems provide diverse benefits to people through ecosystem services, such as food supply, coastal protection, climate regulation and cultural experiences. Since land-sea interactions can negatively affect the livelihoods of communities, it is important to understand how this interaction affects different ecosystem services at the land-sea interface and, consequently, human well-being. One way that coastal communities cope with these changes is through their adaptive capacity, i.e., their ability to respond to and anticipate change. An important indicator of adaptive capacity is local knowledge, which can help to cope with environmental threats that negatively affect natural resources. The objectives of this thesis are i) to identify approaches, tools and knowledge gaps on the study of land-sea interactions in their relationship with ecosystem services; ii) to assess the relationship between local knowledge, values and livelihoods to identify emerging synergies or trade-offs in this relationship; and iii) to assess how different dimensions of adaptive capacity, including local knowledge, determine the adaptive capacity of coastal communities. For the first objective, a systematic literature review of publications was conducted through Web of Science, using keywords on land-sea interaction. For objectives two and three, we conducted semi-structured interviews in local communities in the Valdivian coast, southern Chile. We assessed local knowledge, values and livelihoods. In addition, we assessed dimensions of adaptive capacity such as agency, social capital, institutions, local knowledge and assets, to determine their role in past and hypothetical future responses to resource depletion scenarios. The systematic review identified 166 publications. The results indicate that the main disciplines that have investigated land-sea interactions were biogeochemistry and ecology, with a focus on nutrients. Regarding ecosystem services, supporting and regulating services were the most investigated, with urbanization and agricultural and forestry effluents as the main topics of study. On the other hand, we highlight the low number of studies that include management strategies and social components in land-sea interaction. Regarding the second objective, the results show heterogeneity in the relationship between values and livelihoods: there are communities that may lose knowledge and values when they expand their livelihoods and communities that do not. Certain types of livelihood diversification strategies may result in constraints that can affect knowledge transmission and differences in the type of values. Finally, the results of objective three show the critical role of local knowledge in adaptive capacity in past and future responses to hazards that may affect resource-dependent local communities. These results highlight the importance of including local knowledge in an adaptive capacity framework. Our results demonstrate the knowledge gaps that exist at the land-sea interface and the importance of beginning to understand the role of local knowledge in the adaptive capacity of coastal communities in order to improve resource management practices at the land-sea interface and move towards more sustainable futures.
Decoding the mobilome of marine microbial communities and their composition in response to local environmental conditions
(2022) Tamayo Leiva, Javier; Diez Moreno, Beatriz; Pontificia Universidad Católica de Chile. Facultad de Ciencias Biológicas
La transferencia horizontal de genes es un proceso natural que permite que los genomas celulares evolucionen rápidamente al adquirir nuevos rasgos genéticos. Entre los cinco procesos celulares capaces de realizar la transferencia horizontal de genes, la conjugación es el más frecuente. Este mecanismo está implicado en el intercambio de vectores de ADN, llamados elementos genéticos móviles y aquí colectivamente denominados como mobiloma conjugativo. El ambiente marino muestra de forma habitual un dinamismo especialmente elevado. Por esta razón, han existido esfuerzos de investigación de la ecología y diversidad microbiana a gran escala, y por ello es un candidato ideal para el estudio del moviloma ambiental. El objetivo de esta tesis fue caracterizar la estructura y prevalencia del moviloma conjugativo en el bacterioplancton de la superficie oceánica. Para ello, se ha examinado el moviloma conjugativo, primeramente, desde metagenomas marinos públicos (TARA Ocean Project) en un gradiente geográfico. Y posteriormente en una sucesión estacional (dos años) en el observatorio costero de Montemar (Viña Del Mar, Chile). Para identificar el moviloma, se utilizaron modelos ocultos de Markov para la búsqueda de marcadores moleculares como relaxasas, integrasas y el sistema de secreción del tipo 4 (T4SS). Nuestros resultados revelan que los elementos movilizables -elementos que requieren asistencia para ser conjugados- son más abundantes, y superan en número a las secuencias auto-conjugativas. Esto sugiere la cooperación entre secuencias del moviloma. Además, muestran que la adaptación moviloma-huésped favorece una prevalencia del moviloma asociado a los taxa dominantes en el sistema marino a escala temporal como geográfica.
Descifrando la historia evolutiva de Gracilaria Chilensis a través del Océano Pacífico Sur
(2022) Huanel Oyarzún, Oscar Roberto; Faugeron, Sylvain Wielfrid; Pontificia Universidad Católica de Chile. Facultad de Ciencias Biológicas
Gracilaria chilensis es la principal alga cultivada en Chile, distribuyéndose desde Caldera (27°S) hasta Raúl Marín Balmaceda (43°S). Estudios de genética poblacional y filogeografía previos indican que las poblaciones chilenas de G. chilensis son caracterizadas por una reducida diversidad genética asociada a la sobreexplotación de las praderas naturales ocurrida hace unos 50 años y/o el efecto fundador durante la colonización de Chile a fines del Último Máximo Glacial. Gracilaria chilensis es originaria de Nueva Zelanda, donde coexiste con G. transtasmanica para la cual se ha propuesto una reciente introducción debido que es hallada principalmente cerca de puertos en la Isla Norte, sin embargo, la distribución de ambas especies a lo largo del archipiélago aún no está clara. Para entender mejor el estado actual del recurso genético de G. chilensis en Chile es necesario entender como estos dos procesos han determinado la historia evolutiva de este importante recurso algal. En la presente tesis, se evaluó la distribución e historia evolutiva de Gracilaria en Nueva Zelanda utilizando el marcador nuclear Internal Transcribed Spacer 2 (ITS2) (Capítulo 1), y cómo los procesos antes mencionados han influenciado la arquitectura genética de G. chilensis en Chile utilizando 2.232 SNP (Capítulo 2). Nuestros resultados confirman que G. chilensis tiene una amplia distribución a través de archipiélago de Nueva Zelanda, con una fuerte estructuración geográfica concordante con el efecto de los ciclos glaciales-interglaciares, y los principales limites biogeográficos descritos para esta región. Por otro lado, G. transtasmanica presentó una distribución parchosa, sin un patrón de estructuración de su diversidad genética, pero con señales de un crecimiento poblacional post glacial soportando una antigua presencia en Nueva Zelanda. Los análisis de ABC mostraron que la actual distribución de G. chilensis a través del océano Pacífico Sur resultó de dos eventos de colonización independientes hace unos 20,000 años atrás. Para Chile, los análisis de ABC además infirieron un cuello botella mucho más reciente asociado a la sobreexplotación de las praderas naturales G. chilensis en la década de los 70s, seguido por un rápido crecimiento poblacional posiblemente asociada a la expansión de los cultivos propagados clonalmente post sobreexplotación. Nuestro estudio reveló que la historia evolutiva de G. chilensis, ha sido marcada por recurrentes cuellos de botellas demográficos asociados a los ciclos Glaciales-Interglaciares del Pleistoceno, colonizaciones a largas distancias y perturbaciones antrópica (i.e., sobrecosecha), planteando importantes desafíos en el manejo del recurso genético erosionado de un alga intensivamente cultivada, y que se encuentra en etapas tempranas de domesticación.
Dispersión y conectividad metapoblacional en un sistema de surgencia altamente advectivo: consecuencias de la circulación costera en modelos de alta resolución y recomendaciones para la protección y el manejo
(2022) Faúndez Alvarado, Juan Leonardo; Navarrete C., Sergio; Pontificia Universidad Católica de Chile. Facultad de Ciencias Biológicas. Departamento de Ecología
La dispersión larval es un proceso difícil de cuantificar en el océano y responsable transportar reclutas por largas distancias e intercambiarlos entre subpoblaciones y, por lo tanto, es fundamental en la conceptualización teórica de las metapoblaciones marinas. En especies sésiles, la dispersión es aún más relevante ya que mantiene la conectividad espacial, incidiendo en las tasas demográficas. La estructura de la conectividad tiene consecuencias sobre la persistencia y puede ser aplicadas en la planificación espacial del manejo pesquero. No obstante, la circulación del océano y los atributos biológicos de las larvas son fuente de incertidumbre empírica que impiden conocer la conectividad. El uso de simulaciones hidrodinámicas ha permitido aproximarnos a una conectividad teórica, con algunas limitaciones asociadas a la mesoescala, la cual impiden capturar la circulación que perciben principalmente las especies costeras. El presente estudio cuantifica las ventajas del uso de modelos hidrodinámicos de alta resolución (< 1 km) para determinar la conectividad de especies teóricas pero que cubren un espectro de atributos biológicos semejantes a los encontrados en Chile central (32-34° S). La alta resolución permitió resolver la Coastal Boundary Layer (CBL), una franja de la plataforma interior donde la velocidad de la corriente disminuye hacia costa. El aumento en resolución también permite la aparición de procesos de sub-mesoescala que provocan un aumento de la retención y auto-reclutamiento en larvas de corto período planctónico. Asimismo, se determinaron los sitios que propagan mayores beneficios a la metapoblación en caso de ser protegidos o se aplique algún grado de manejo. La escala espacial permitiría generar recomendaciones de conservación con una mejora sustancial en la resolución espacial de sitios prioritarios para el éxito del reclutamiento y persistencia de poblaciones marinas explotadas.
Influence of directand 1 indirect effects of fisheries on the foundation species lessonia trabeculata and associated community
(2022) Bularz Aguirre, Bryan; Fernández Bergia, Miriam; Pontificia Universidad Católica de Chile. Facultad de Ciencias Biológicas
La sistemática degradación de los ecosistemas marinos es un fenómeno global que tiene importantes consecuencias, incluyendo perdidas de biodiversidad y alteraciones a la provisión de servicios ecosistémicos. En regiones templadas, el ecosistema submareal costero se encuentra dominado por bosques de macroalgas (comúnmente llamados huiros), cuya abundancia y resiliencia están siendo influenciados por estresores que operan desde la de escala local a la escala regional. La pesca es uno de los principales factores afectando la abundancia y persistencia de los ecosistemas marinos. Su efecto puede ser directo, determinando la abundancia y distribución de tallas de las especies explotadas (y fauna acompañante) pero también de manera indirecta influenciando las interacciones entre especies. Un claro ejemplo de ecosistemas sujetos a efectos directos e indirectos de la pesca son los bosques de macroalgas pardas del sistema de corriente de Humboldt, donde se explotan una serie de peces e invertebrados que habitan estos bosques, pero a su vez, los bosques están siendo degradados por la extracción de los individuos que lo componen, actividad comúnmente denominada como barreteo. No obstante, hay un limitado conocimiento respecto a las consecuencias de las pesquerías artesanales sobre este valioso ecosistema, lo cual limita la capacidad de realizar esfuerzos de manejo y de conservación que sean efectivos. Esta tesis aborda las consecuencias directas e indirectas de la pesca artesanal sobre los bosques de Lessonia trabeculata y la comunidad bentónica asociada. Las consecuencias directas de la pesquería artesanal submareal de Lessonia trabeculata a nivel comunitario fue evaluado a través de un experimento de aproximadamente 2 años. En este esfuerzo se evaluaron (a) los cambios en la densidad de adultos y juveniles de Lessonia trabeculata como consecuencia del barreteo; (b) el impacto que tiene la remoción de macroalgas sobre ensambles de peces, de macroinvertebrados y especies sésiles del subdosel; y (c) cambios preguntas por resolver, particularmente en relación a comprender las velocidades y mecanismos de recuperación de estos bosques submareales a la escala en la cual opera la pesquería. Adicionalmente, se evaluó la influencia de los cambios en los bosques de Lessonia trabeculata, mediados por efectos directos e indirectos de las pesquerías, sobre los patrones de reclutamiento de las especies bentónicas. Las pesquerías pueden afectar el bosque directamente al alterar la densidad del mismo, o indirectamente, al remover depredadores tope y alterando así interacciones tróficas y últimamente afectando la intensidad de la herbivoría sobre los individuos que componen el bosque, la morfología y complejidad del bosque. Los estudios se enfocaron en (a) los efectos directos del barreteo y (b) los efectos indirectos de pesquerías artesanales sobre la morfología y complejidad del bosque analizando sus consecuencias en el patron de reclutamiento de especies bentónicas en Chile central. Para evaluar el impacto directo de la pesca de Lessonia trabeculata se comparó el reclutamiento de especies bentónicas en parches barreteados y control, utilizando el diseño del experimento previamente descrito. No obstante, el efecto del barreteo no siempre será la remoción casi total del bosque, sino que también puede ocurrir una reducción de la densidad de individuos en el bosque. La reducción de la densidad del bosque podría esperarse porque la regulación pesquera recomienda la extracción de huiro por medio. Por lo tanto, el segundo objetivo fue evaluar el patron de reclutamiento (ensamble de reclutas y tasa de reclutamiento) de especies bentónicas entre tres densidades del bosque: cero, media y alta. Finalmente, se evaluó el efecto indirecto de la pesca sobre el reclutamiento, mediado por cambios en la morfología de las macroalgas. Se ha propuesto que en bosques sujetos a 413 explotación de depredadores tope ocurre un efecto cascada que genera la defoliación de los 414 individuos del bosque por herbivoría, prevaleciendo extensos parches “skeleton”. Se comparó el reclutamiento de especies bentónicas entre parches defoliados (parches donde el bosque no forma un dosel) y parches con un dosel completamente desarrollado. Dado que la reproducción y por ende el reclutamiento de la mayoría de las especies bentónicas es marcadamente estacional en un primer estudio se evaluó todo un ciclo anual completo, evaluando el reclutamiento en cada estación del año (otoño, invierno, primavera y verano). Este determinó la época de mayor reclutamiento y luego los otros dos estudios solo consideraron una estación del año (verano austral) donde la abundancia de reclutas de la mayoría de las especies era mayor. Este set de estudios que evaluó el reclutamiento se enfoca exclusivamente en patrones, como un primer paso para comprender las consecuencias de la pesquería y no pretende investigar los mecanismos que explican el patrón. Para evaluar el reclutamiento se utilizaron unidades estándar de monitoreo denominadas “SMURF” por sus siglas en ingles. Los SMURF luego fueron llevadas a laboratorio y los individuos presentes en los SMURF fueron identificados al nivel taxonómico más bajo posible. El número de individuos identificados para cada taxa capturados en cada SMURF se dividió por el número de días que el SMURF estuvo en el agua para obtener una tasa de reclutamiento diario. Los resultados muestran efectos de (a) remoción de Lessonia trabeculata, (b) la densidad de Lessonia trabeculata y (c) la morfología de Lessonia trabeculata sobre el ensamble de reclutas y sobre la tasa de reclutamiento de las especies más conspicuas. Se identificaron cerca de 50 taxa y a pesar de que los tres estudios se desarrollaron en diferentes sitios a lo largo de la costa de Chile central, y en distintas ventanas temporales, el reclutamiento de algunas especies fue persistentemente más abundante: Eulithidium umbilicata, Pilumnoides perlatus, Taliepus spp., Tetrapygus niger y Semimytilus algosus. Estas especies en conjunto sumaban más del 50% de los reclutas. Los resultados muestran tres patrones generales (a) efecto de los tratamientos sobre los patrones de reclutamiento de especies bentónicas asociadas a los bosques de Lessonia trabeculata que sugieren la influencia de las pesquerías en la complejidad del bosque y (b) que las condiciones locales interfieren en la tasa de reclutamiento de estas especies. Los resultados sugieren la necesidad de adoptar un manejo pesquero de los bosques de Lessonia trabeculata que considere los impactos ecosistémicos de las diferentes pesquerías, con el objeto de poder realizar estrategias de manejo efectivas que aseguren la protección de estos ecosistemas costeros.
Urbanización costera en Chile. Efectos en las comunidades de aves, las percepciones de las personas y su conexión con la costa.
(2023) Graells Contreras, Giorgia Yoely; Gelcich, Stefan; Pontificia Universidad Católica de Chile. Facultad de Ciencias Biológicas
En el mundo, más del 40% de las personas viven en áreas costeras, las cuales han modificado el ecosistema natural en el que se encuentran y han puesto en riesgo la interacción de los ecosistemas marinos y terrestres. A pesar de su importancia, los efectos de la urbanización costera han sido poco estudiados, en particular el ecotono marino-terrestre. Considerando que el ser humano es el principal modelador del ecosistema urbano, esta tesis estudió los efectos de la urbanización costera en Chile con un enfoque socio-ecológico. Para esto se evaluó la diversidad de aves y su uso de hábitats, las percepciones humanas y la narrativas de las ciudades. Se identificó que la urbanización costera ha generado cambios en el ecotono y estos permiten la coexistencia de especies marinas y terrestres de aves. El uso de diferentes hábitats por especies de aves impacta en la percepción de las personas, en donde no todas las especies son percibidas por igual y dependen del lugar donde son vistas. En general, las personas tienen una percepción más positiva de ver aves en áreas naturales, ellas disfrutan el verlas y las conectan con el borde costero. Esta actividad junto con otras experiencias físicas y psicológicas corresponden a la mayor forma de conexión de las personas con el mar. Cuanto mayor sea el acceso al borde costero, mayor será la probabilidad de dicha conexión. Por lo tanto, modificaciones en planificación y diseño urbano pueden mejorar la relación entre la urbanización y los ecosistemas costeros.

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